Mô phỏng nhận dạng và các yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện năng sụt giảm điện áp ngắn hạn trong lưới điện công nghiệp

ẦN THANH SƠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN MÔ PHỎNG NHẬN DẠNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG (SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN) TRONG LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRẦN THANH SƠN KHỐ: 2009 HV: Trần Thanh Sơn LVCH: Mơ phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tồn luận văn thân tơi nghiên cứu, tính tốn phân tích Số liệu đưa luận văn dựa kết tính tốn trung thực tơi, khơng chép hay số liệu công bố Nếu sai với lời cam kết trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả Trần Thanh Sơn HV: Trần Thanh Sơn LVCH: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Tên đề tài: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện ( Sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN Tóm tắt nội dung luận văn: Ý nghĩa khoa học đề tài: Ý nghĩa thực tiễn đề tài: .10 CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG – BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN (RMS VOLTAGE VARIATION) 11 1.1 Sự cần thiết việc nghiên cứu chất lượng điện 11 1.1.1 Các tượng, biểu liên quan đến chất lượng điện 12 1.1.2 Các vấn đề, ảnh hưởng chất lượng điện 13 1.1.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng điện 13 1.1.4 Bảng nội dung thiết kế có xem xét vấn đề chất lượng điện 14 1.2 Biến thiên điện áp ngắn hạn điện .15 1.2.1 Khái niệm chung biến thiên điện áp ngắn hạn điện 15 1.2.2 Vùng bị ảnh hưởng 19 1.2.3 Các biện pháp ngăn ngừa loại trừ cố biến thiên điện áp ngắn hạn điện 19 1.3 Kết luận 24 CHƯƠNG – BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ 25 2.1 Các tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối 25 2.1.1 Tần suất điện trung bình - SAIFI 25 2.1.2 Thời gian điện trung bình- SAIDI 26 2.1.3 Tần suất khách hàng bị điện trung bình- CAIFI 26 2.1.4 Thời gian trung bình khách hàng bị điện- CAIDI 26 2.1.5 Mức độ sẵn sàng trung bình hệ thống -ASAI 26 2.2 Các tiêu đánh giá tượng biến thiên điện áp ngắn hạn lưới phân phối 27 2.2.1 SARFI – Tần suất biến thiên điện áp trung bình 27 2.2.1.1 Chỉ số SARFIx 27 2.2.1.2 Đường cong SARFI 28 2.2.2 ASIDI – Thời gian điện trung bình 29 2.3 Kết luận 30 HV: Trần Thanh Sơn LVCH: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN CHƯƠNG – MƠ HÌNH TÍNH TỐN BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 31 3.1 Thông tin biến thiên điện áp ngắn hạn lưới điện khứ 31 3.2 Mô phân bố cố 32 3.3 Sơ đồ khối tính tốn biến thiên điện áp ngắn hạn lưới phân phối 33 3.4 Kết luận 34 CHƯƠNG – TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐÁNH GIÁ BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI CÔNG NGHIỆP LỘ 476 – TRẠM 110KV GI ẾNG ĐÁY 35 4.1 Mô phân bố cố lộ 476 trạm 110 kV Giếng Đáy 35 4.2 Thông số vận hành chế độ xác lập 42 4.3.Tính ngắn mạch tổng hợp giá trị điện áp, tần suất sụt giảm điện áp .44 4.4 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx chế độ phụ tải max 44 4.4.1 Đánh giá voltage sag vị trí Node 3_476 (Nút lộ 476: Trạm Giếng Đáy 5) 44 4.4.2 Đánh giá Voltage sag cho hệ thống 50 4.5 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx trường hợp chế độ phụ tải cực tiểu 56 4.6 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx có xét đến ảnh hưởng nguồn phân tán: 58 4.6.1 Ảnh hưởng vị trí nguồn phân tán (DG) 58 4.6.1 Ảnh hưởng mức độ tập trung hay phân tán (DG) 61 CHƯƠNG - CÁC KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ĐƯỢC ĐƯA RA 64 5.1 Kết luận chung .64 5.2 Các đề xuất 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 HV: Trần Thanh Sơn LVCH: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU STT Chữ viết tắt Tên đầy đủ Máy biến áp MBA TBA LPP PSS/ADEPT Lưới phân phối Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity SANH Sụt áp ngắn hạn IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineer Viện kỹ nghệ điện điện tử IEC International Electrotechnical Commission Hiệp hội kỹ thuật điện tử quốc tế DG Distributed Generation Nguồn điện phân tán Trạm biến áp HV: Trần Thanh Sơn LVCH: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các nội dung thiết kế xét yếu tố chất lượng điện 15 Bảng 1.2 Chi phí đầu tư suất chi phí O&M khắc phục cố sụt áp 20 Bảng 4.1 Số thứ tự, tên nút (Trong PSS/Adept), tên trạm biến áp 38 Bảng 4.2 Các vị trí tính ngắn mạch (15 vị trí) đường dây chiều dài khoảng tính ngắn mạch 39 Bảng 4.3 Mức cố lưới điện 40 Bảng 4.4 Phân bố suất cố vị trí trạm biến áp 41 Bảng 4.5 Phân bố suất cố vị trí ngắn mạch đường dây 42 Bảng 4.6 Điện áp nút chế độ xác lập 42 Bảng 4.7 Giá trị điện áp trạm Giếng Đáy (Node3_476) xảy ngắn mạch pha nút tải (28 nút) lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV Giếng Đáy 45 Bảng 4.8 Giá trị điện áp trạm Giếng Đáy (Node3_476) xảy ngắn mạch pha điểm ngắn mạch đường dây (15 nút) lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV Giếng Đáy 46 Bảng 4.9 Tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ trạm Giếng Đáy (Node3_476) xảy ngắn mạch pha điểm ngắn mạch trạm biến áp phân phối (28 nút) lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV Giếng Đáy 47 Bảng 4.10 Tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ trạm Giếng Đáy (Node3_476) xảy ngắn mạch pha điểm ngắn mạch đường dây (15 nút) lưới phân phối 22 kV trạm 110 kV Giếng Đáy 48 Bảng 4.11 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ trạm Giếng Đáy (Node3_476) 49 Bảng 4.12 Chỉ số SARFIx xét vị trí trạm Giếng Đáy (Node3_476) 49 Bảng 4.13 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ tồn 28 vị trí lưới phân phối 51 Bảng 4.14 Tần suất cố sag có biên độ nhỏ ngưỡng điện áp x 28 vị trí lưới phân phối 52 Bảng 4.15 Chỉ tiêu SARFIx hệ thống 54 HV: Trần Thanh Sơn LVCH: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các biện pháp nhằm nâng cao chất lượng điện áp 14 Hình 1.2 Biến thiên điện áp ngắn hạn hệ thống điện mạch kép mạch bị ngắn mạch 16 Hình 1.3 Biểu diễn trình biến thiên điện áp 16 Hình 1.4 Mười dải biến thiên điện áp ngắn hạn phân chia theo biên độ sụt áp 17 Hình 1.5 Các nguồn gây biến thiên điện áp ngắn hạn điện 18 Hình 1.6 Đường cong chịu đựng biến thiên điện áp ngắn hạn thiết bị điện 18 Hình 1.7 Vùng bị ảnh hưởng biến thiên điện áp ngắn hạn điện 19 Hình 1.8 Mạch điện hình tia sử dụng cầu chì mạnh nhánh 23 Hình 1.9 Phân đoạn thiết bị tự động đóng lại 23 Hình 2.1 Đường cong SAIFI Châu Âu 25 Hình 2.2 Đường cong CBEMA 28 Hình 2.3 Đường cong ITIC 28 Hình 2.4 Đường cong SEMI 29 Hình 3.1 Sơ đồ khối chương trình tính tốn 34 Hình 4.1 Lưới điện 22 kV trạm 110/22 kV Giếng Đáy 37 Hình 4.2 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp trường hợp chế độ phụ tải max 55 Hình 4.3 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx trường hợp chế độ phụ tải max 55 Hình 4.4 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp trường hợp chế độ phụ tải 56 Hình 4.5 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx trường hợp chế độ phụ tải 56 Hình 4.6 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống khoảng điện áp so sánh CĐ max 57 Hình 4.7 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống khoảng điện áp so sánh chế độ làm việc phụ tải .57 Hình 4.8 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx so sánh chế độ làm việc phụ tải 58 HV: Trần Thanh Sơn LVCH: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN Hình 4.9 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp với DG đặt đầu đường dây 59 Hình 4.10 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp với DG đặt đường dây 59 Hình 4.11 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp với DG đặt cuối đường dây 60 Hình 4.12 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp so sánh vị trí đặt DG 60 Hình 4.13 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp so sánh vị trí đặt DG chế độ max 60 Hình 4.14 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx so sánh vị trí đặt DG 61 Hình 4.15 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp với DG đặt cuối đường dây 61 Hình 4.16 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp với3 DG đặt đầu, cuối đường dây 62 Hình 4.17 Tần xuất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống theo khoảng điện áp so sánh mật độ tập trung DG 62 Hình 4.18 Chỉ tiêu tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx so sánh mật độ tập trung hay phân tán DG 63 LVCH: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN HV: Trần Thanh Sơn CHƯƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Lưới điện công nghiệp ngày đóng vai trị quan trọng cơng cơng nghiệp hóa đất nước Ngành cơng nghiệp phát triển, địi hỏi chất lượng điện ngày cao việc ứng dụng thiết bị điện - điện tử, thiết bị có vi điều khiển, thiết bị điện tử công … dây chuyền, nhà máy công nghiệp Các thiết bị nhạy cảm với vấn đề chất lượng điện hệ thống điện Chất lượng điện hệ thống điện phạm trù rộng lớn Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện chất lượng điện áp tiêu quan trọng Một vấn đề chất lượng điện nhiều nhà nghiên cứu xem xét đánh giá tượng biến thiên điện áp ngắn hạn (Voltage sags) lưới phân phối Trong năm gần có số đề tài nghiên cứu vấn đề biến thiên điện áp ngắn hạn (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới phân phối Trong luận văn xin phép tiến hành nghiên cứu đánh giá tiện sụt giảm điện áp ngắn hạn lưới cơng nghiệp có xét đến số yếu tố ảnh hưởng (đề tài xét ảnh hưởng chế độ hoạt động phụ tải, vị tri đặt DG mức độ tập trung hay phân tán DG) Lưới điện xét luận văn lưới điện 22 kV lộ 476 từ trạm biến áp 110 kV vận hành: có 28 phụ tải, 43 nút Tên đề tài: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện ( Sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN Tóm tắt nội dung luận văn: Luận văn trình bày việc mơ phỏng, nhận dạng tượng chất lượng điện lưới công nghiệp sụt giảm điện áp ngắn hạn (Voltage sag) Việc HV: Trần Thanh Sơn LVCH: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN đánh giá dựa việc tiêu SARFIx có xét đến yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá sụt áp ngắn hạn Nội dung luận văn bao gồm phần sau: Chương Nghiên cứu tổng quan chất lượng điện năng, biến thiên điện áp ngắn hạn Chương Trình bày biến thiên điện áp ngắn hạn tiêu đánh giá: Các tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, tiêu đánh giá tượng biến thiên điện áp ngắn hạn lưới phân phối, số đường cong chịu đựng thiết bị Chương Xây dựng toán đánh giá sụt giảm điện áp ngắn hạn lưới công nghiệp Mô cố dẫn đến sụt giảm điện áp, mô lưới điện phần mềm PSS/Adept cho tính tốn ngắn mạch, xây dựng thuật tốn để tính Chương Áp dụng phương pháp dự báo ngẫu nhiên đánh giá sụt giảm điện áp cho lưới điện phân phối 22 kV trạm 110 kV Đánh giá theo số SARFIx có xét đến yếu tố ảnh hưởng: - Ảnh hưởng chế độ làm việc phụ tải - Ảnh hưởng vị trí đặt DG - Ảnh hưởng mức độ tập trung hay phân tán DG Chương Đưa kết luận đề xuất cho hướng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài: Luận văn trình bày phương pháp đánh giá tượng voltage sag lưới điện cơng nghiệp có xét đến số yếu tố ảnh hưởng đến tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn như: chế độ làm việc phụ tải, vị tri đặt DG mức độ tập trung hay phân tán DG lưới điện Đây đề tài mới, dựa vào việc mô để đánh giá chất lượng điện mà thực phương pháp đo lường Các số liệu đầu vào phục vụ việc tính tốn luận văn số liệu thực tế lưới phân phối 22 kV (Lộ 476 Giếng Đáy) LVCH: Mô phỏng, nhận dạng yếu tố ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng điện (sụt giảm điện áp ngắn hạn) lưới điện CN HV: Trần Thanh Sơn Bảng 4.13 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ tồn 28 vị trí lưới phân phối STT Tên nút 22 NODE34_476 23 NODE36_476 24 NODE37_476 25 NODE39_476 26 NODE41_476 27 NODE42_476 28 NODE43_476 Trung Bình Tên trạm GiengDay13 GiengDay10 BD_KenhDong GiengDay11 GomHaLong_1 GomHaLong_2 GomHaLong_3 0.0-0.1 0.96390 1.37298 1.35115 1.69805 1.48385 1.48385 1.49940 3.30022 0.1-0.2 2.22520 1.95799 1.89494 2.10035 1.55715 1.55715 0.94605 1.86120 0.2-0.3 2.84320 2.70134 3.01826 2.24118 3.00915 3.00915 1.48155 2.43626 Tần suất sụt giảm điện áp mức 0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.6 3.10590 2.71295 0.00000 3.10590 1.00715 1.70580 3.10590 0.64880 2.06415 3.10590 0.64880 1.64220 2.78460 2.99855 0.03570 2.78460 2.99855 0.03570 3.03450 0.28560 0.00000 1.71974 1.72284 0.55326 0.6-0.7 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.01381 0.7-0.8 0.28560 0.28560 0.28560 0.28560 0.28560 0.28560 3.82658 0.45287 0.8-0.9 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.59898 0.02968 Bảng 4.14 Tần suất cố sag có biên độ nhỏ ngưỡng điện áp x 28 vị trí lưới phân phối STT Tên nút Tên trạm